Gāzes reglēšana DC dzenā: Armatūras upības kontrole un lauka plūsmas kontrole

Grieznu motoru ir ierīce, kas pārveido mehānisko enerģiju uz tiešstrāvas elektrisko enerģiju. Viens no grieznu motoru visvērtīgākajiem īpašumiem ir tā spēja viegli pielāgot savu ātrumu saskaņā ar konkrētām prasībām, izmantojot vienkāršus metodes. Šis ērts ātruma kontroles līmenis nav tik viegli sasniedzams ar maiņstrāvas motoru.

Ātruma regulēšanas un ātruma kontrolēšanas jēdzieni ir atšķirīgi. Ātruma regulēšanas gadījumā motors spontāni maina savu ātrumu atkarībā no dažādiem darbības apstākļiem. Savukārt grieznu motorā ātruma maiņas tiek apzināti uzsāktas vai nu manuāli operātāra rīcībā, vai automātiski ar kontrolējošām ierīcēm. Grieznu motoru ātrums nosakašanai izmanto šādu sakarību:

Vienādojums (1) skaidri parāda, ka grieznu motoru ātrums atkarīgs no trim galvenajiem faktoriem: piegādes sprieguma V, armatūras shēmas upitāves Ra un lauka plūsmas ϕ, ko veido lauka strāva.

• Runājot par grieznu motoru ātruma kontrolēšanu, kritiski svarīgas ir sprieguma, armatūras upitāves un lauka plūsmas manipulācijas. Ir trīs galvenas metodes, kā sasniegt grieznu motoru ātruma kontrolēšanu, kuras ir aprakstītas zemāk:

• Armatūras shēmas upitāves maiņa (Armatūras upitāves vai reostātiskā kontrole)

• Lauka plūsmas maiņa (Lauka plūsmas kontrole)

• Pielikta sprieguma maiņa (Armatūras sprieguma kontrole)

Katra no šīm ātruma kontroles metodēm tiks plašāk apskatīta tālāk.
Grieznu motoru armatūras upitāves kontrole (Paralēls motoru)
Zemāk redzamā saistījuma diagramma attēlo, kā var realizēt armatūras upitāves kontrolēšanu paralēlā motorā. Šajā pieejā armatūras shēmā ievietota mainīga upitāve Re. Jāatzīmē, ka šīs mainīgās upitāves vērtības maiņa nemaina magnētisko plūsmu, jo lauka vīks ir tieši savienots ar piegādes tīklu.

Paralēlā motoru strāvas ātruma charakteristikas ir parādītas zemāk.

Sekojamais motors
Tagad aplūkosim saistījuma diagrammu, kā kontrolēt grieznu sekos motoru, izmantojot armatūras upitāves kontroles metodi.

Kad maina armatūras shēmas upitāvi, tā vienlaikus ietekmē gan strāvu, kas plūst caur šeju, gan magnētisko plūsmu motorā. Mainīgās upitāves virsnes efektīvi samazina spriegumu, kas pieejams armatūrai. Tādējādi šis samazinājums pielikta armatūras sprieguma dēļ noved pie motoru rotācijas ātruma samazināšanās.

Sekošā motoru ātruma-strāvas charakteristikas līkne, kas ilustrē attiecību starp motoru ātrumu un caur to plūstošo strāvu, ir parādīta zemāk esošajā figūrā.

Kad maināmajai upitāvei Re vērtība palielinās, motors strādā ar mazāku rotācijas ātrumu. Ņemot vērā, ka maināmajā upitāvē plūst vesela armatūras strāva, tai jābūt konstruētai, lai nepārtraukti apstrādātu pilno nominālo armatūras strāvu, neizraisot pārsildīšanos vai bojājumus.

Armatūras upitāves kontrolēšanas metodes trūkumi

• Nozīmīga daudzums elektroenerģijas tiek izlaists kā siltums ārējā upitāvē Re, radot neatbilstības un enerģijas izmantošanas zaudējumus.

• Šī armatūras upitāves kontrolēšanas metode ir ierobežota tikai motoru ātruma samazināšanai zem normālā darbības ātruma; tā nedrīkst palielināt ātrumu virs normālā līmeņa.

• Jebkurai konkrētai mainīgās upitāves vērtībai, ātruma samazinājuma līmenis nav fiksēts, bet gan mainās atkarībā no motora uzlikto slodzes, padarot precīzu ātruma regulēšanu grūtu.

• Tādēļ, ņemot vērā tās neatbilstības un ierobežojumus, šī ātruma kontrolēšanas metode parasti ir piemērota tikai maziem motoriem.

Grieznu motoru lauka plūsmas kontroles metode

Grieznu motorā magnētiskā plūsma tiek veidota ar lauka strāvu. Tādējādi, izmantojot šo metodi, ātruma kontrole tiek sasniegta, mainot lauka strāvas lielumu.

Paralēls motors

Paralēlā motorā mainīga upitāve RC ir savienota seriālā secībā ar paralēlā lauka vīki, kā to parāda zemāk esošajā figūrā. Šo RC bieži sauc par paralēlo lauka regultoru, kas spēlē svarīgu lomu, mainot lauka strāvu un, tādējādi, motoru magnētisko plūsmu.

Paralēlā lauka strāva ir dota ar zemāk minēto vienādojumu:

Kad mainīgā upitāve RC tiek ieviesta lauka šķērsubā, tā ierobežo lauka strāvas plūsmu. Tādējādi, lauka vīkiem izveidotā magnētiskā plūsma samazinās. Šis plūsmas samazinājums tieši ietekmē motoru ātrumu, to palielinot. Tādējādi motors strādā ar rotācijas ātrumu, kas pārsniedz tā normālo, nemainīto ātrumu.

Šis unikālais īpašums padara lauka plūsmas kontroles metodi ļoti noderīgu diviem galvenajiem mērķiem. Pirmkārt, tas ļauj motoram sasniegt ātrumus, kas pārsniedz standarta darbības ātrumu, nodrošinot elastību lietotnēs, kas prasa augstākus rotācijas rādītājus. Otrkārt, to var izmantot, lai kompensētu dabisku ātruma pazemināšanos, kad motors strādā ar slodzi, efektīvi uzturējot vairāk konsekventu ātrumu dažādās slodzes apstākļos.

Paralēlā motoru ātruma-momenta līkne, kas grafiski attēlo attiecību starp motoru rotācijas ātrumu un to momentu, ko tam var izveidot, ir parādīta zemāk. Šī līkne sniedz vērtīgu informāciju par motoru veiktspējas raksturojumu dažādos darbības scenārijos, kad tiek izmantota lauka plūsmas kontroles metode.

Sekošais motors

Sekošā motoru gadījumā lauka strāvas maiņa var tikt sasniegta, izmantojot vienu no divām metodēm: vai ar diverteru, vai ar lauka kontrolēšanas metodi ar tapēm.

Izmantojot diverteru

Kā to parāda zemāk esošajā figūrā, mainīga upitāve Rd ir savienota paralēlā secībā ar sekos lauka vīki. Šī konfigurācija ļauj manipulēt ar strāvas sadalījumu šķērsubā, tādējādi ietekmējot magnētiskā lauka stiprumu, ko veido sekos lauka vīki.

Šajā izvietojumā paralēlā upitāve pazīstama kā diverteris. Kad tiek savienots diverteris ar mainīgo upitāvi Rd, tas novirza noteiktu frakciju no galvenā strāvas no sekos lauka vīkiem. Tādējādi divertera primārā funkcija ir samazināt strāvas lielumu, kas plūst caur lauka vīki. Kad lauka strāva samazinās, arī magnētiskā plūsma, ko veido lauka vīki, samazinās. Šis plūsmas samazinājums noved pie motoru rotācijas ātruma palielināšanās. Lauka kontrolēšana ar tapēm. Otra pieeja, kā mainīt lauka strāvu sekos motorā, ir ar lauka kontrolēšanu ar tapēm. Atbilstošais savienojuma diagramma, kas parāda specifiskos elektriskos savienojumus un komponentes, kas ir iesaistīti šajā metodē, ir parādīta zemāk.

Lauka kontrolēšanā ar tapēm amper-giri tiek pielāgoti, mainot aktīvo lauka girus. Šī konkrētā konfigurācija ir ļoti piemērota elektrodzelzceļa sistēmās. Mainot lauka girus, tiek mainīta magnētiskā plūsma, ko veido motoru lauka vīki, ļaujot precīzi kontrolēt motoru ātrumu.

Sekošā motoru ātruma-momenta charakteristikas līkne, kas grafiski attēlo attiecību starp motoru rotācijas ātrumu un to momentu, ko tam var izveidot, ir parādīta zemāk. Šī līkne sniedz vērtīgu informāciju par motoru veiktspējas raksturojumu, kad tiek izmantota lauka kontrolēšanas metode ar tapēm, palīdzot inženieriem un tehniķiem saprast, kā motors reaģē uz slodzes un ātruma iestatījumu maiņām.

Lauka plūsmas kontroles priekšrocības
Lauka plūsmas kontroles metode piedāvā vairākas nozīmīgas priekšrocības, kuras ir aprakstītas zemāk:

• Lēmuma pieņemšanas vieglums: Šī pieeja ir vienkārša un lietotājam draudzīga, veicinot vienkāršu ieviešanu un darbību.

• Zema enerģijas zaudējumu līmenis: Ņemot vērā, ka paralēlais lauks parasti prasa salīdzinoši mazu strāvas lielumu, enerģija, kas izlaista paralēlajā laukā, paliek minimālā, ieguldījot labāko kopējo efektivitāti.

• Ātruma palielināšanas mehānisms: Tā kā magnētiskā plūsma parasti nevar tikt palielināta virs normālā vērtībā, tāpēc lauka plūsmas kontrole galvenokārt koncentrējas uz lauka vājināšanu, kas efektīvi noved pie motoru rotācijas ātruma palielināšanās.

• Kontrolējamās lietošanas robežas: Tomēr, jāņem vērā, ka šī metode ir piemērota tikai ierobežotās robežās. Pārmērīga lauka vājināšana var novest pie motoru darbības nestabilitātes, ierobežojot tās lietošanu konkrētos scenārijos, kur ir nepieciešama precīza kontrole un stabilitāte.